KR20150119972A - 병렬 처리되는 합성가스로부터 연료를 제조하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

병렬 처리되는 합성가스로부터 연료를 제조하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

합성가스 혼합물 또는 연료의 제조를 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 시스템은 병렬식 공정 챔버들을 포함할 수 있고, 각각의 공정 챔버는 합성가스 혼합물의 하나의 성분을 제조하도록 구성된다. 각각의 챔버는 작업 가스 공급원을 갖는 적어도 하나의 플라즈마 토치를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 제1 공정 챔버는 수소 가스를 제조하도록 최적화될 수 있고, 제2 공정 챔버는 일산화탄소 가스를 제조하도록 최적화될 수 있다. 상기 시스템은 수소 가스와 일산화탄소 가스를 혼합하도록 구성되는 혼합 구성요소를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 또한 수소 가스와 일산화탄소 가스를 수용하여 이로부터 연료를 제조하기 위한 반응 시스템을 포함할 수 있다. 상기 병렬식 공정 챔버 시스템은 합성가스 혼합물 또는 연료의 제조를 위한 방법에서 사용될 수 있다.

Description

병렬 처리되는 합성가스로부터 연료를 제조하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR PRODUCING FUEL FROM PARALLEL PROCESSED SYNGAS}
우선권의 주장
본 출원은 2013년 3월 12일자로 "병렬 처리되는 합성가스로부터 연료를 제조하기 위한 시스템 및 방법(Systems and Methods for Producing Fuel From Parallel Processed Syngas)"이라는 명칭으로 출원된 미국 가출원 제61/778,021호의 이익과 그에 대한 우선권을 주장하며, 상기 출원문헌의 기재 내용은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
연료 물질은 수소와 같은 단순 가스로부터 항공 연료를 포함하는 복잡한 혼합물에 이르기까지 다양한 형태를 가질 수 있다. 화학 연료는, 그 광범위한 화학 조성으로 인해, 다양한 공정을 통해 생성될 수 있으며, 소수의 가능한 연료 유형만을 합성하기 위한 전용 시설을 필요로 할 수 있다. 이러한 시설들은 이들이 목적으로 하는 연료만을 생성하도록 최적화될 수 있다. 추가로, 각각의 시설은 연료 합성을 위해 특별한 세트의 공급원료 또는 전구체 물질을 필요로 할 수 있다.
전형적으로, 탄소계 연료는 그 합성을 위하여 열적 방법에 의지한다. 이러한 방법은 열분해 단계, 크래킹 단계 및 흡열 합성 단계를 포함할 수 있다. 이러한 공정은 합성 방법의 부산물로서 과잉의 열을 발생시킬 수 있다. 또한, 이러한 열적 화학-기반 합성 방법은 최적화된 시설에서 조차도 효율적이지 않을 수 있다.
합성가스는 다양한 연료를 생산할 수 있는 대안적인 공급원료를 제공한다. 합성가스는 주로 수소와 일산화탄소 가스의 혼합물로 구성된다. 이들 2가지 성분은 다양한 합성 조건하에서 다양한 다른 유형의 연료 물질을 생성하도록 사용될 수 있다.
따라서, 특정 비율의 수소 및 일산화탄소를 갖는 합성가스를 합성할 수 있고, 이후 매우 다양한 연료를 제조할 수 있도록 사용될 수 있는 제조 시설을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 제조 시설은 수소 가스 및 일산화탄소 가스 형성 동안 매연 형성의 감소 또는 방지를 통해 이러한 연료 및 합성가스의 제조를 최적화하는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
개요
본 명세서에 기재된 발명은 기재된 특정 시스템, 방법 또는 프로토콜에 제한되지 않으며, 이들은 가변적일 수 있다. 본원에서 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니다.
본원에서 사용된 단수 형태의 용어는 문맥에서 별도의 명확한 지시가 없는 한, 복수의 대상을 포함한다는 것을 주지해야 한다. 별도의 정의가 없는 한, 본원에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 상기 기술분야의 통상의 숙련가에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 사용된 용어 "포함하는"은 "포함하지만, 이에 제한되는 것은 아닌"을 의미한다.
한 실시예에서, 시스템은 물 유입구를 통해 물 공급원과 작동 가능하게 소통하는 제1 주요 공정 챔버로 구성될 수 있다. 제1 주요 공정 챔버는 적어도 하나의 제1 플라즈마 토치, 상기 적어도 하나의 제1 플라즈마 토치 내로 도입되는 제1 이온화 작업 가스의 제1 공급원, 제1 산소 가스 배출구, 수소 가스 배출구 및 수증기 배출구를 추가로 포함할 수 있다. 상기 시스템은 이산화탄소 유입구를 통해 이산화탄소 공급원과, 상기 제1 산소 배출구를 통해 산소와 작동 가능하게 소통하는 제2 주요 공정 챔버를 추가로 포함할 수 있다. 제2 주요 공정 챔버는 적어도 하나의 제2 플라즈마 토치, 상기 적어도 하나의 제2 플라즈마 토치 내로 도입되는 제2 이온화 작업 가스의 제2 공급원, 제2 산소 가스 배출구, 일산화탄소 가스 배출구 및 이산화탄소 가스 배출구를 추가로 포함할 수 있다. 상기 시스템은 수소 가스 배출구, 및 이산화탄소 가스 배출구와 유체 소통하는 혼합 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.
한 실시예에서, 합성가스를 합성하는 방법은, 합성가스를 합성하기 위한 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 시스템은 적어도 하나의 제1 플라즈마 토치, 상기 적어도 하나의 제1 플라즈마 토치 내로 도입되는 제1 이온화 작업 가스의 제1 공급원, 제1 산소 배출구, 수소 가스 배출구 및 수증기 배출구를 갖는 제1 주요 공정 챔버, 상기 제1 산소 배출구를 통해 산소 공급원과 작동 가능하게 소통하고, 적어도 하나의 제2 플라즈마 토치, 상기 적어도 하나의 제2 플라즈마 토치 내로 도입되는 제2 이온화 작업 가스의 제2 공급원, 제2 산소 배출구, 일산화탄소 가스 배출구 및 이산화탄소 가스 배출구를 갖는 제2 주요 공정 챔버, 및 상기 수소 가스 배출구 및 상기 이산화탄소 가스 배출구와 유체 소통하는 혼합 구성요소를 포함할 수 있는, 상기 단계, 물 공급원으로부터 상기 제1 주요 공정 챔버 내로 물을 도입하는 단계, 제1 공정 챔버가 수소 가스 배출구로부터 수소 가스를 방출하게 하는 단계, 이산화탄소 공급원으로부터 제2 주요 공정 챔버 내로 이산화탄소 가스를 도입하는 단계, 상기 제2 공정 챔버가 일산화탄소 가스 배출구로부터 일산화탄소 가스를 방출하게 하는 단계, 및 합성가스를 제조하도록 혼합 구성요소에 의해 수소 가스와 일산화탄소 가스를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
한 실시예에서, 연료를 합성하는 방법은, 합성가스를 합성하기 위한 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 시스템은 적어도 하나의 제1 플라즈마 토치, 상기 적어도 하나의 제1 플라즈마 토치 내로 도입되는 제1 이온화 작업 가스의 제1 공급원, 제1 산소 배출구, 수소 가스 배출구 및 수증기 배출구를 갖는 제1 주요 공정 챔버, 상기 제1 산소 배출구를 통해 산소 공급원과 작동 가능하게 소통하고, 적어도 하나의 제2 플라즈마 토치, 상기 적어도 하나의 제2 플라즈마 토치 내로 도입되는 제2 이온화 작업 가스의 제2 공급원, 제2 산소 배출구, 일산화탄소 가스 배출구 및 이산화탄소 가스 배출구를 갖는 제2 주요 공정 챔버, 및 상기 수소 가스 배출구 및 상기 이산화탄소 가스 배출구와 유체 소통하는 혼합 구성요소를 포함할 수 있는, 상기 단계, 물 공급원으로부터 상기 제1 주요 공정 챔버 내로 물을 도입하는 단계, 상기 제1 공정 챔버가 수소 가스 배출구로부터 수소 가스를 방출하게 하는 단계, 이산화탄소 공급원으로부터 제2 주요 공정 챔버 내로 이산화탄소 가스를 도입하는 단계, 상기 제2 공정 챔버가 일산화탄소 가스 배출구로부터 일산화탄소 가스를 방출하게 하는 단계, 및 연료를 제조하도록 수소 가스와 일산화탄소 가스를 반응 시스템 내에서 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 합성가스의 성분들로부터 연료를 합성하기 위한 시스템의 실시예를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따라 합성가스의 성분들로부터 연료와 전력 둘 모두를 합성하기 위한 시스템의 실시예를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따라 합성가스 또는 합성가스로부터 연료를 제조하는 방법의 흐름도이다.
아래의 상세한 설명은 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면을 참조로 한다. 도면에서, 유사한 기호는 전형적으로 문맥에서 별도의 언급이 없는 한 유사한 부재를 나타낸다. 상세한 설명, 도면 및 특허청구범위에 기재된 예시적 실시예들은 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 본원에 제시된 주제의 취지 또는 범위로부터 벗어나지 않으면서, 다른 실시예들이 사용될 수 있으며, 다른 변화들이 이루어질 수 있다. 본원에 일반적으로 기재되고 도면에 예시된 본 발명의 양상들은 매우 다양한 상이한 구성들로 배열되고, 치환되고, 조합되고, 분리되고, 설계될 수 있으며, 이들 모두가 본원에서 명백하게 고려된다는 것이 쉽게 이해될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 가스 제조를 위한 병렬 경로들을 포함할 수 있다. 각각의 경로는 합성가스의 주요 성분들의 합성에 최적화될 수 있다. 시스템의 한쪽 줄기(arm)는 후술되는 바와 같은 하나 이상의 플라즈마 아크 토치(105)에 의해 발생하는 내부 온도를 견디도록 구성되는 하우징(housing)을 포함하는 제1 주요 공정 챔버("PPC1")(110)를 포함한다. 시스템 설계 요건에 의존하여, PPC1 하우징의 구성은 능동 냉각 시스템 및/또는 절연 라이닝을 추가로 포함할 수 있다. PPC1(110)은 물 공급원(120)에 의해 공급되는 물을 위한 물 유입구(115)와, 산소(111), 수증기(113) 및 수소 가스(117)를 위한 개별 배출구들을 포함할 수 있지만, 다른 경우라면 가스들이 빠져나가지 못하도록 밀봉될 수 있다. PPC1 하우징의 구성은 파열을 일으키지 않으면서 예를 들어 0 내지 14.7의 제곱인치당 파운드의 진공 압력(PSIV)과 같은 진공 압력을 유지하기에 충분할 수 있다.
PPC1(110)은 PPC1의 내용물을 가열하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 플라즈마 아크 토치(105)를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 플라즈마 아크 토치(105)는 물을 수소와 산소로 변환시킬 수 있는 이온화 작업 가스와 열 둘 모두의 공급원일 수 있다는 것을 인지할 것이다. 하나 이상의 플라즈마 아크 토치(105)는 PPC1(110) 내의 온도를 약 350℉ 내지 약 36,000℉(약 180℃ 내지 약 20,000℃)의 온도로 승온시킬 수 있다. 비제한적인 예로서, 플라즈마 아크 토치는 약 350℉, 약 1000℉, 약 2000℉, 약 2200℉, 약 2400℉, 약 2500℉, 약 2850℉, 약 3500℉, 약 5000℉, 약 10000℉, 약 20000℉, 약 30000℉, 약 36000℉, 또는 이들 값들 중 임의의 2개의 값들 사이의 온도 범위(종료점을 포함함) 중 필요한 온도로 가스를 가열하도록 활성화될 수 있다. 다양한 유형의 플라즈마 아크 토치가 사용될 수 있다. 비이송식 플라즈마 아크 토치는 애노드와 캐소드 둘 모두를 수용할 수 있고, 캐소드는 애노드의 하류에 있다. 작동 시, 아크는 플라즈마 아크 토치 내에서 흡인될 수 있고, 플라즈마는 플라즈마 아크 토치를 통한 높은 가스 유동의 결과로서 플라즈마 아크 토치의 단부를 지나서 연장될 수 있다. 선택적으로, 비이송식 아크 플라즈마 아크 토치에 가스 역류 칼라(collar)가 끼워져, 가스가 대기 중으로 새어 나가지 못하도록 할 수 있다.
하나의 대안적인 실시예에서, 물 공급원(120)은 물 유입구(115)로부터 방출되는 미세한 연무액 또는 분무액으로서 액상의 물을 PPC1(110)에 제공할 수 있다. 대안적으로, 예비-가열된 물이 사용될 수 있으며, 물 유입구(115)는 물을 증기로서 PPC1(110) 내부에 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 물 유입구(115)는 PPC1(110)의 내벽에 대해 일정 각도로 위치되는 노즐을 추가로 포함하여, 노즐은 물을 소정 방향으로 챔버 내로 도입하여 난류를 발생시키고 하나 이상의 플라즈마 아크 토치의 아크 내로 물의 이동을 촉진할 수 있다.
밸브 및/또는 펌프 중 임의의 그룹은 물을 PPC1(110)로 유입시키도록 사용될 수 있다. 이러한 밸브 및/또는 펌프는 수동 제어하에 또는 시스템 공정 제어기에 의한 자동화 공정 제어하에 있을 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 방식으로, PPC1(110)에 유입되는 물의 양은 PPC1의 온도 또는 압력에 의존하여 제어될 수 있다. 또한, PPC1(110)에 전달되는 물의 양은 밸브 및/또는 펌프 구성요소에 의해 변경되어, PPC1에 의해 제조되고 하류에서 사용하기 위해 수소 가스 배출구(117)를 통해 이송되는 수소의 양을 조절할 수 있다(하기 참조). 수소 가스는 온도 또는 분자량에 기초하여 PPC1(110)의 반응 생성물로부터 분리될 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 수소 가스는 멤브레인을 사용하여 다른 성분들로부터 분리될 수 있다. 또 다른 비제한적 예에서, 수소 가스는 분자체(molecular sieve)에 의해 다른 성분들로부터 분리될 수 있다. 과잉의 물은 증기로서 수증기 배출구(113)를 통해 PPC1(110)로부터 배출될 수 있다. 이러한 수증기는 대기 중으로 배출될 수 있거나 또는 재사용을 위해 물 공급원(120)으로 재순환(112)될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 물 공급원(120)으로 재순환(112)되는 물의 양은 하나 이상의 센서 및 밸브의 제어하에 있을 수 있다는 것을 인지할 것이다. 이러한 센서는 시스템 공정 제어기에 정보를 제공할 수 있다. 물 공급원(120)으로 재순환(112)되는 물의 양을 규제하는 밸브는 수동 제어하에 또는 시스템 공정 제어기에 의한 자동화 공정 제어하에 있을 수 있다. PPC1(110)과 관련된 온도, 압력 및 가스 조성 센서는 어느 정도의 과잉의 물이 재사용을 위해 PPC1에 재순환될 수 있는지를 결정하도록 시스템 공정 제어기에 데이터를 제공할 수 있다.
PPC1(110)에 의해 제조된 산소 가스는 산소 배출구(111)를 통해 제2 공정 챔버 PPC2(130)로 변환될 수 있다. 도 1에는 도시되지 않았지만, 산소 배출구(111)는 PPC1(110)에 의해 제조된 산소가 단일 방향 방식으로 PPC2(130) 내로 수송되는 것을 보장하도록 설계된 임의의 수 및 유형의 밸브 및/또는 펌프를 포함할 수 있다는 것을 인지할 것이다. 이러한 밸브 및/또는 펌프는 수동으로 작동될 수 있거나 또는 시스템 공정 제어기에 의한 제어하에 있을 수 있다. 밸브 및/또는 펌프는 산소의 방향성 유동을 보장할 수 있을 뿐만 아니라, PPC2(130) 내로 도입되는 산소의 양을 계량하도록 기능할 수 있다. 이러한 계량은 PPC2(130)에 의해 제조되는 반응 생성물을 최적화하는 데 유용할 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, PPC2(130)에 유입되는 산소 가스의 양은, 이산화탄소 가스와 수증기에 대한 일산화탄소 가스와 수소 가스의 비(즉, [CO+H2]/[CO2+H20])가 약 0.2 내지 약 0.4의 범위로 유지되어 PPC2(130) 내의 매연 형성을 감소시키거나 방지할 수 있도록 제어된다. 산소 배출구(111) 내의 센서는 또한 산소의 순도 뿐만 아니라 산소의 온도와 같은 공정 정보도 제공할 수 있다. 산소 배출구(111) 센서로부터의 데이터는 시스템 공정 제어기에 제공되어, PPC2(130) 또는 관련된 구성요소들과 관련된 공정 파라미터 중 임의의 것을 조절할 수 있다. 산소 가스는 온도 또는 분자량에 기초하여 PPC1(110)의 반응 생성물로부터 분리될 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 산소 가스는 멤브레인을 사용하여 다른 성분들로부터 분리될 수 있다. 또 다른 비제한적 예에서, 산소는 분자체에 의해 다른 성분들로부터 분리될 수 있다.
PPC1(110)로부터의 산소 배출구(111)에 추가하여, PPC2(130)는 PPC1(110)과 관련된 하나 이상의 플라즈마 아크 토치(105)의 제어와 관계 없이 시스템 공정 제어기에 의해 제어될 수 있는 하나 이상의 제2 플라즈마 아크 토치(125)를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 플라즈마 아크 토치(125)는 이산화탄소와 산소를 일산화탄소로 변환시킬 수 있는 이온화 작업 가스와 열 둘 모두의 공급원일 수 있다는 것을 인지할 것이다. 하나 이상의 제2 플라즈마 아크 토치(125)는 PPC2(130)의 작동에 적합한 온도를 갖도록 제어될 수 있다. PPC1(110)은 특별히 물을 반응시켜 수소를 형성하도록 구성될 수 있는 반면, PPC2(130)는 주로 추가의 또는 대안적인 배출 가스를 제조하도록 구성될 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, PPC2(130)는 이산화탄소를 사용하도록 특별히 구성될 수 있다. 이산화탄소는 이산화탄소 공급원(140)으로부터 공급될 수 있고, 이산화탄소 유입구(145)를 통해 PPC2(130)로 유입될 수 있다. 일부 실시예에서, 이산화탄소 유입구(145)는 PPC2(130)의 내벽에 대해 일정 각도로 위치되는 노즐을 추가로 포함하여서, 노즐이 이산화탄소를 소정 방향으로 챔버 내로 도입하여 난류를 발생시키고 하나 이상의 제2 플라즈마 아크 토치의 아크 내로 이산화탄소의 이동을 촉진할 수 있다.
밸브 및/또는 펌프 중 임의의 그룹은 이산화탄소를 PPC2(130)로 유입시키도록 사용될 수 있다. 이러한 밸브 및/또는 펌프는 수동 제어하에 또는 시스템 공정 제어기에 의한 자동화 공정 제어하에 있을 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 방식으로, PPC2(130)에 유입되는 이산화탄소의 양은 PPC2의 온도 또는 압력에 의존하여 제어될 수 있다. 또한, PPC2(130)에 전달되는 이산화탄소의 양은 밸브 및/또는 펌프 부재에 의해 변경되어, PPC2에 의해 제조되고 하류에서 사용하기 위해 일산화탄소 가스 배출구(137)를 통해 이송되는 일산화탄소의 양을 조절할 수 있다(하기 참조). 일산화탄소 가스는 온도 또는 분자량에 기초하여 PPC2(130)의 반응 생성물로부터 분리될 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 일산화탄소 가스는 멤브레인을 사용하여 다른 성분들로부터 분리될 수 있다. 또 다른 비제한적 예에서, 일산화탄소는 분자체에 의해 다른 성분들로부터 분리될 수 있다.
과잉의 이산화탄소는 이산화탄소 배출구(133)를 통해 PPC2(130)로부터 배출될 수 있다. 이러한 이산화탄소는 대기 중으로 배출될 수 있거나 또는 재사용을 위해 이산화탄소 공급원(140)으로 재순환(142)될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 이산화탄소 공급원(140)으로 재순환(142)되는 이산화탄소의 양은 하나 이상의 센서 및 밸브의 제어하에 있을 수 있다는 것을 인지할 것이다. 이러한 센서는 시스템 공정 제어기에 정보를 제공할 수 있다. 이산화탄소 공급원(140)으로 재순환(142)되는 이산화탄소의 양을 규제하는 밸브는 수동 제어하에 또는 시스템 공정 제어기에 의한 자동화 공정 제어하에 있을 수 있다. 유사하게, 과잉의 산소는 산소 배출구(131)를 통해 대기 중으로 배출될 수 있다. 대안적으로, 과잉의 산소는 산소 유입구 라인(111)을 통해 PPC2(130) 내로 재순환(132)될 수 있다. 산소 유입구 라인(111)으로 재순환(122)되는 산소의 양은 하나 이상의 센서 및 밸브의 제어하에 있을 수 있다는 것을 인지할 것이다. 이러한 센서는 시스템 공정 제어기에 정보를 제공할 수 있다. 산소 유입구 라인(111)으로 재순환(122)되는 산소의 양을 규제하는 밸브는 수동 제어하에 또는 시스템 공정 제어기에 의한 자동화 공정 제어하에 있을 수 있다. 임의의 수의 제어 밸브 및/또는 펌프는 재순환되거나 대기 중으로 배출되는 과잉의 이산화탄소 또는 산소의 양을 제어하도록 사용될 수 있다. PPC2(130)와 관련된 온도, 압력 및 가스 조성 센서는 어느 정도의 과잉의 물이 재사용을 위해 PPC2로 복귀될 수 있는지를 결정하도록 시스템 공정 제어기에 데이터를 제공할 수 있다.
PPC1(110)로부터 제조된 수소 가스와 PPC2(130)로부터 제조된 일산화탄소가 합성가스의 주요 성분들을 함께 구성한다는 것을 인지할 것이다. 그러므로, 2개의 합성가스 성분의 동시 제조는 제조되는 합성가스의 특성에 걸쳐서 실질적인 제어를 제공할 수 있다는 것을 인지할 것이다. 그 결과, 합성가스로부터 - 예를 들어, 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응 시스템(170)을 통해 - 제조되는 연료 물질은 합성가스의 조성에 적어도 부분적으로 기초하여 필요에 따라 조정될 수 있다. 하나의 비제한적 실시예에서, 수소 가스 배출구(117)와 일산화탄소 가스 배출구(137)는 합류 지점(도시되지 않음)에서 합쳐질 수 있고, 상기 합류 지점에서, 2개의 가스가 후 피셔-트롭쉬 반응 시스템(170) 내로 도입되기 전에 혼합된다. 합류 지점은 2개의 가스의 동적 선택을 허용하도록 임의의 수의 센서 및 밸브를 포함할 수 있다. 이러한 센서는 가스 조성 센서, 열 센서 및 압력 센서를 포함할 수 있다. 이러한 센서로부터 출력되는 데이터는 시스템 공정 제어기로 전송될 수 있고, 상기 시스템 공정 제어기는 합류 지점 센서로부터의 데이터를 사용하여, 어느 하나의 PPC를 위한 플라즈마 아크 토치 온도, PPC1(110)에 공급되는 물 및/또는 PPC2(130)에 공급되는 이산화탄소를 포함하는, 다수의 상류 구성요소들 중 임의의 것을 조절할 수 있다.
피셔-트롭쉬 반응 시스템(170)은 피셔-트롭쉬 유형(F-T) 촉매를 수용할 수 있다. F-T 촉매는 코발트, 철, 루테늄, 니켈, 구리, 알칼리 금속 산화물, 실리카, 알루미나 및 제올라이트 중 하나 이상으로 구성될 수 있다. 개별 수소 가스 배출구(117) 및 일산화탄소 가스 배출구(137)를 통해 또는 합류 지점의 배출구를 통해 전달되는 합성가스는 피셔-트롭쉬 반응 시스템(170) 내로 도입될 수 있다. 피셔-트롭쉬 반응 시스템(170)은 F-T 촉매 뿐만 아니라, F-T 반응을 수행하는 데 필요한 기계적 및 전기적 구성요소들을 비제한적으로 포함할 수 있다. 이러한 기계적 및 전기적 구성요소들은 공정-제어식 밸브, 펌프, 압력 및 온도 센서 및/또는 온도 제어 시스템을 포함할 수 있다. 피셔-트롭쉬 반응 시스템(170)에서 제조되는 최종 연료 또는 연료들은 하나 이상의 반응 시스템 배출구(175)를 통해 하나 이상의 격납 용기(180)에서 포획될 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, 연료는 디젤 연료, JP-8 연료, 제트 연료, 나프타, 및 합성 파라핀계 케로센으로 구성될 수 있다. 다른 석유화학 물질들 및 연료들도 이러한 방식으로 제조될 수 있다.
피셔-트롭쉬 반응 시스템(170)을 위한 전형적인 온도는 각각 PPC1(110) 및 PPC2(130)에 의해 생성되는 수소 및 일산화탄소 가스의 온도보다 훨씬 낮을 수 있는 온도인 약 150℃ 내지 약 300℃ 범위 내일 수 있다는 것을 인지할 것이다. 따라서, 피셔-트롭쉬 반응 시스템(170) 내로 도입하기 전에 합성가스 성분을 위한 냉각 단계가 필요할 수 있다. 수소 가스 및 일산화탄소 가스로부터 제거되는 과잉의 열은 시스템 내에서 부가적으로 사용될 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 과잉의 열은 물 공급원(120)으로부터의 물, 이산화탄소 공급원(140)으로부터의 이산화탄소, 또는 PPC1(110)로부터의 PPC2(130)로의 산소 배출구(111)를 예열하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 과잉의 열은 플라즈마 아크 토치(105, 125)에 의해 사용되는 작업 가스를 가열하는 데 사용될 수 있다. 대안적인 예에서, 과잉의 열은 하나 이상의 열 회수 증기 발생기(HRSG)를 통해 증기를 발생시킴으로써 전력을 생산하는 데 사용될 수 있다.
도 2는 이러한 과잉의 열이 하나 이상의 HRSG를 통해 전력을 제공하는 데 사용될 수 있는 시스템을 나타낸다. 도 2에서 다수의 구성요소들이 도 1에서의 것들과 유사하며, 유사한 방식으로 기능할 수 있다. 도 2에 나타낸 시스템은 가스 제조를 위한 병렬 경로들을 포함할 수 있고, 각각의 경로는 합성가스의 주요 성분의 합성에 최적화된다. 시스템의 하나의 줄기는 아래에 기재된 바와 같은 하나 이상의 플라즈마 아크 토치(205)에 의해 발생하는 내부 온도를 견디도록 구성되는 하우징을 포함하는 제1 주요 공정 챔버("PPC1")(210)를 포함한다. 시스템 설계 요건에 의존하여, PPC1 하우징의 구성은 능동 냉각 시스템 및/또는 절연 라이닝을 추가로 포함할 수 있다. PPC1(210)은 물 공급원(220)에 의해 공급되는 물을 위한 물 유입구(215)와, 산소(211), 수증기(213) 및 수소 가스(217)를 위한 개별 배출구들을 포함할 수 있지만, 다른 경우라면 가스들이 빠져나가지 못하도록 밀봉될 수 있다. PPC1 하우징의 구성은 파열을 일으키지 않으면서, 예를 들어 0 PSIV 내지 약 14.7 PSIV의 진공 압력을 유지하기에 충분할 수 있다.
PPC1(210)은 PPC1의 내용물을 가열하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 플라즈마 아크 토치(205)를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 플라즈마 아크 토치(205)는 물을 수소와 산소로 변환시킬 수 있는 이온화 작업 가스와 열 둘 모두의 공급원일 수 있다는 것을 인지할 것이다. 하나 이상의 플라즈마 아크 토치(205)는 PPC1(210) 내의 온도를 약 350℉ 내지 약 36,000℉(약 180℃ 내지 약 20,000℃)의 온도로 승온시킬 수 있다. 비제한적인 예로서, 플라즈마 아크 토치는 약 350℉, 약 1000℉, 약 2000℉, 약 2200℉, 약 2400℉, 약 2500℉, 약 2850℉, 약 3500℉, 약 5000℉, 약 10000℉, 약 20000℉, 약 30000℉, 약 36000℉, 또는 이들 값들 중 어느 2개의 값들 사이의 온도 범위(종료점을 포함함)의 필요한 온도로 가스를 가열하도록 활성화될 수 있다. 다양한 유형의 플라즈마 아크 토치가 사용될 수 있다. 비이송식-아크 플라즈마 아크 토치는 애노드와 캐소드 둘 모두를 수용할 수 있고, 캐소드가 애노드의 하류에 있다. 작동 시, 아크는 플라즈마 아크 토치 내에서 흡인될 수 있고, 플라즈마는 플라즈마 아크 토치를 통한 높은 가스 유동의 결과로서 플라즈마 아크 토치의 단부를 지나서 연장될 수 있다. 하나의 비제한적 실시예에서, 비이송식 아크 플라즈마 아크 토치에 가스 역류 칼라가 끼워져, 가스가 대기 중으로 새어 나가지 못하도록 할 수 있다.
하나의 대안적인 실시예에서, 물 공급원(220)은 물 유입구(215)로부터 방출되는 미세한 연무액 또는 분무액으로서 액상의 물을 PPC1(210)에 제공할 수 있다. 대안적으로, 예비-가열된 물이 사용될 수 있으며, 물 유입구(215)는 증기로서 물을 PPC1(210) 내부에 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 물 유입구(215)는 PPC1(210)의 내벽에 대해 일정 각도로 위치되는 노즐을 추가로 포함하여, 노즐이 소정 방향으로 물을 챔버 내로 도입하여 난류를 발생시키고 하나 이상의 플라즈마 아크 토치의 아크 내로 물의 이동을 촉진할 수 있다.
밸브 및/또는 펌프 중 임의의 그룹은 물을 PPC1(210)로 유입시키도록 사용될 수 있다. 이러한 밸브 및/또는 펌프는 수동 제어하에 또는 시스템 공정 제어기에 의한 자동화 공정 제어하에 있을 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 방식으로, PPC1(210)에 유입되는 물의 양은 PPC1의 온도 또는 압력에 의존하여 제어될 수 있다. 또한, PPC1(210)에 전달되는 물의 양은 밸브 및/또는 펌프 부재에 의해 변경되어, PPC1에 의해 제조되고 하류에서의 사용하기 위해 수소 가스 배출구(217)를 통해 이송되는 수소의 양을 조절할 수 있다(하기 참조). 과잉의 물은 증기로서 수증기 배출구(213)를 통해 PPC1(210)로부터 배출될 수 있다. 이러한 수증기는 대기 중으로 배출될 수 있거나 또는 재사용을 위해 물 공급원(220)으로 재순환(212)될 수 있다는 것을 인지할 것이다. PPC1(210)과 관련된 온도, 압력 및 가스 조성 센서는 어느 정도의 과잉의 물이 재사용을 위해 PPC1으로 복귀될 수 있는지를 결정하도록 시스템 공정 제어기에 데이터를 제공할 수 있다.
PPC1(210)에 의해 제조된 산소 가스는 산소 배출구(211)를 통해 제2 공정 챔버, PPC2(230)로 전환될 수 있다. 도 2에는 도시되지 않았지만, 산소 배출구(211)는 PPC1(210)에 의해 제조된 산소가 단일 방향 방식으로 PPC2(230) 내로 수송되는 것을 보장하도록 설계된 임의의 수 및 유형의 밸브 및/또는 펌프를 포함할 수 있다는 것을 인지할 것이다. 이러한 밸브 및/또는 펌프는 수동으로 작동될 수 있거나 또는 시스템 공정 제어기에 의해 제어될 수 있다. 밸브 및/또는 펌프는 산소의 방향성 유동을 보장할 수 있을 뿐만 아니라, PPC2(230) 내로 도입되는 산소의 양을 계량하도록 기능할 수 있다 이러한 계량은 PPC2(230)에 의해 제조되는 반응 생성물을 최적화하는 데 유용할 수 있다. 산소 배출구(211) 내의 센서는 또한 산소의 순도 뿐만 아니라 산소의 온도와 같은 공정 정보도 제공할 수 있다. 산소 배출구(211) 센서로부터의 데이터는 시스템 공정 제어기에 제공되어, PPC2(230)와 관련된 공정 파라미터 또는 이와 관련된 요소들 중 어느 것을 조절할 수 있다.
PPC1(210)로부터의 산소 배출구(211)에 추가하여, PPC2(230)는 PPC1(210)과 관련된 하나 이상의 플라즈마 아크 토치(205)의 제어와 관계 없이 시스템 공정 제어기에 의해 제어될 수 있는 하나 이상의 제2 플라즈마 아크 토치(225)를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 제2 플라즈마 아크 토치(225)는 이산화탄소와 산소를 일산화탄소로 변환시킬 수 있는 이온화 작업 가스와 열 둘 모두의 공급원일 수 있다는 것을 인지할 것이다. 하나 이상의 제2 플라즈마 아크 토치(225)는 PPC2(230)의 작동에 적합한 온도를 갖도록 제어될 수 있다. PPC1(210)은 특별히 물을 반응시켜 수소를 형성하도록 구성될 수 있는 반면, PPC2(230)는 주로 추가의 또는 대안적인 배출 가스를 제조하도록 구성될 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, PPC2(230)는 특별히 이산화탄소를 사용하도록 구성될 수 있다. 이산화탄소는 이산화탄소 공급원(240)으로부터 공급될 수 있고, 이산화탄소 유입구(245)를 통해 PPC2(230)로 유입될 수 있다. 일부 실시예에서, 이산화탄소 유입구(245)는 PPC2(230)의 내벽에 대해 일정 각도로 위치되는 노즐을 추가로 포함하여, 노즐이 이산화탄소를 소정 방향으로 챔버 내로 도입하여 난류를 발생시키고 플라즈마 아크 토치의 아크 내로 이산화탄소의 이동을 촉진할 수 있다.
밸브 및/또는 펌프 중 임의의 그룹은 이산화탄소를 PPC2(230)로 유입시키도록 사용될 수 있다. 이러한 밸브 및/또는 펌프는 수동 제어하에 또는 시스템 공정 제어기에 의한 자동화 공정 제어하에 있을 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 방식으로, PPC2(230)에 유입되는 이산화탄소의 양은 PPC2의 온도 또는 압력에 의존하여 제어될 수 있다. 또한, PPC2(230)에 전달되는 이산화탄소의 양은 밸브 및/또는 펌프 부재에 의해 변화되어, PPC2에 의해 제조되고 하류에서 사용하기 위해 일산화탄소 가스 배출구(237)를 통해 이송되는 일산화탄소의 양을 조절할 수 있다(하기 참조).
과잉의 이산화탄소는 이산화탄소 배출구(233)를 통해 PPC2(230)로부터 배출될 수 있다. 이러한 이산화탄소는 대기 중으로 배출될 수 있거나 또는 재사용을 위해 이산화탄소 공급원(240)으로 재순환(242)될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 유사하게, 과잉의 산소는 산소 배출구(231)를 통해 대기 중으로 배출될 수 있다. 대안적으로, 과잉의 산소는 산소 유입구 라인(211)을 통해 PPC2(230) 내로 재순환(232)될 수 있다. 임의의 수의 제어 밸브 및/또는 펌프는 재순환되거나 대기 중으로 배출되는 과잉의 이산화탄소 또는 산소의 양을 제어하도록 사용될 수 있다. PPC2(230)와 관련된 온도, 압력 및 가스 조성 센서는 어느 정도의 과잉의 물이 재사용을 위해 PPC1로 복귀될 수 있는지를 결정하도록 시스템 공정 제어기에 데이터를 제공할 수 있다.
PPC1(210)로부터 제조되는 수소 가스와 PPC2(230)로부터 제조되는 일산화탄소가 합성가스의 주요 성분들을 함께 구성한다는 것을 인지할 것이다. 그러므로, 2개의 합성가스 성분의 동시 제조는 제조되는 합성가스의 특성에 걸쳐서 실질적인 제어를 제공할 수 있다는 것을 인지할 것이다. 그 결과, 합성가스로부터 - 예를 들어, 피셔-트롭쉬 반응 시스템(270)을 통해 - 제조되는 연료 물질은 합성가스의 조성에 적어도 부분적으로 기초하여 필요에 따라 조정될 수 있다.
상기된 바와 같이, 수소 가스 배출구(217) 내의 수소 가스 및 일산화탄소 가스 배출구(237) 내의 일산화탄소 가스로부터 과잉의 열은 PPC1(210) 또는 PPC2(230)로 유입되는 가스 성분들을 예열하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 이러한 과잉의 열은 하나 이상의 열 회수 증기 발생기(HRSG)를 통해 유용한 전력으로 변환될 수 있다. 도 2에서 하나의 비제한적 실시예에서 나타낸 바와 같이, 수소 가스 배출구(217)는 제1 HRSG(HRSG1)(250)로의 유입구로서 작용할 수 있고, 일산화탄소 가스 배출구(237)는 제2 HRSG(HRSG2)(260)로의 유입구로서 작용할 수 있다. HRSG1은 제1 열 교환 유입구(253) 및 제1 열 교환 배출구(255)를 가져, 수소 가스로부터의 과잉의 열이 발전 시스템, 예를 들어 가스 터빈에서의 사용을 위해 작업 유체(예를 들어, 물)를 가열하는 것을 허용한다. 이러한 재순환 가열 유체 시스템이 전기를 발생시키도록 가스 터빈에서 어떻게 사용되는 가는 당업자에게 자명할 것이다. 유사한 방식으로, HRSG2는 제2 열 교환 유입구(263) 및 제2 열 교환 배출구(265)를 가져, 일산화탄소 가스로부터의 과잉의 열이 발전 시스템, 예를 들어 가스 터빈에서의 사용을 위해 작업 유체(예를 들어, 물)를 가열하는 것을 허용한다.
수소 가스 배출구(217)가 HRSG1(250)과 결합될 수 있고 일산화탄소 가스 배출구(237)가 HRSG2(260)와 결합될 수 있는 실시예를 도 2가 예시하지만, 대안적인 구성도 본 발명에 의해 고려된다는 것을 인지할 것이다. 하나의 비제한적인 예에서, HRSG1(250) 및 HRSG2(260)는 개별 가스 터빈 시스템들에 접속된 열 교환 유입구(각각 253 및 263) 및 열 교환 배출구(각각 255 및 265)를 가질 수 있다. 또 다른 비제한적 예에서, HRSG1(250) 및 HRSG2(260)는 동일 가스 터빈 시스템에 접속된 열 교환 유입구(각각 253 및 263) 및 열 교환 배출구(각각 255 및 265)를 가질 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 단일 HRSG는 수소 가스를 위한 라인과 일산화탄소 가스를 위한 라인의 2개의 개별 라인을 포함하여, 단일 HRSG가 이들 가스 둘 모두로부터의 열을 하나 이상의 가스 터빈 시스템과 교환하도록 구성될 수 있다. 추가의 또 다른 비제한적인 예에서, 단일 HRSG가 수소 가스와 일산화탄소 가스를 위한 합류 지점으로서 작용하도록 제공될 수 있어서, 2개의 가스가 이들의 과잉의 열을 작업 유체와 교환하여 하나 이상의 가스 터빈 시스템을 구동함으로써, 2개의 가스눈 HRSG 내에서 함께 혼합될 수 있다. 2개의 가스를 위한 합류 지점으로서 작용하는 HRSG는 또한 시스템 공정 제어기와 통신하는 다수의 밸브 및 센서를 포함할 수 있고, 이에 따라 특정 연료 제조를 최적화하기 위하여 시스템 공정 제어기가 적절한 밸브 가동을 통해 HRSG 내의 가스 혼합물의 변경을 허용하는 것을 인지할 것이다.
도 2에 나타낸 시스템의 비제한적인 예는 수소 제조와 관련된 HRSG(HRSG1)(250) 및 일산화탄소 제조와 관련된 HRSG(HRSG2)(260)의 개별 HRSG들을 나타낸다. HRSG1(250)은 냉각된 수소 가스를 피셔-트롭쉬 반응 시스템(270)으로 유도할 수 있는 제1 HRSG 배출구 라인(257)을 가질 수 있다. 유사하게, HRSG2(260)는 냉각된 일산화탄소 가스를 피셔-트롭쉬 반응 시스템(270)으로 유도할 수 있는 제2 HRSG 배출구 라인(267)을 가질 수 있다. 하나의 비제한적 실시예에서, 제1 HRSG 배출구 라인(257) 및 제2 HRSG 배출구 라인(267)은 합류 지점(도시되지 않음)에서 합쳐질 수 있고, 상기 합류 지점에서, 2개의 가스는 피셔-트롭쉬 반응 시스템(270) 내로 도입되기 전에 혼합될 수 있다. 합류 지점은 2개의 가스의 동적 선택을 허용하도록 임의의 수의 센서 및 밸브를 포함할 수 있고, 이에 의해 시스템 공정 제어기가 적절한 밸브 가동을 통해 합류 지점을 빠져나오는 가스 혼합물을 변경하는 것을 허용한다. 합류 지점 내의 센서는 가스 조성 센서, 열 센서 및 압력 센서를 포함할 수 있다. 이들 센서로부터 출력되는 데이터는 시스템 공정 제어기로 전송될 수 있고, 상기 시스템 공정 제어기는 합류 지점 센서로부터의 데이터를 사용하여, 어느 하나의 PPC를 위한 플라즈마 아크 토치 온도, PPC1(210)에 공급되는 물 및/또는 PPC2(230)에 공급되는 이산화탄소를 포함하는, 다수의 상류 구성요소들 중 임의의 것을 조절할 수 있다.
피셔-트롭쉬 반응 시스템(270)은 F-T 촉매를 포함할 수 있다. F-T 촉매는 코발트, 철, 루테늄, 니켈, 구리, 알칼리 금속 산화물, 실리카, 알루미나 및 제올라이트 중 하나 이상으로 구성될 수 있다. 개별 제1 HRSG 배출구 라인(257) 및 제2 HRSG 배출구 라인(267)을 통해 또는 합류 지점의 배출구를 통해 전달되는 합성가스는 피셔-트롭쉬 반응 시스템(270) 내로 도입될 수 있다. 피셔-트롭쉬 반응 시스템(270)은 비제한적으로, F-T 촉매 뿐만 아니라, F-T 반응을 수행하는 데 필요한 기계적 및 전기적 구성요소들을 포함할 수 있다. 이러한 기계적 및 전기적 구성요소들은 공정-제어식 밸브, 펌프, 압력 및 온도 센서 및/또는 온도 제어 시스템을 포함할 수 있다. 피셔-트롭쉬 반응 시스템(270)에서 제조되는 최종 연료 또는 연료들은 하나 이상의 반응 시스템 배출구(275)를 통해 하나 이상의 격납 용기(280)에서 포획될 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, 연료는 디젤 연료, JP-8 연료, 제트 연료, 나프타, 및 합성 파라핀계 케로센으로 구성될 수 있다. 다른 석유화학 물질들 및 연료들도 이러한 방식으로 제조될 수 있다.
도 3은 병렬 처리식 합성가스 시스템으로부터 합성가스 및/또는 연료를 합성하는 방법의 실시예의 흐름도이다. 상기 방법은 상기되고 도 1 및 2에 도시된 바와 같은 병렬 처리식 합성가스 시스템을 제공하는 단계(310)를 포함한다. 이러한 병렬 처리식 합성가스 시스템은 2개의 공정 챔버를 포함할 수 있고, 제1 챔버는 적어도 하나의 제1 플라즈마 토치의 사용을 통해 물로부터 수소 가스를 제조하도록 구성되고, 제2 챔버는 적어도 하나의 제2 플라즈마 토치의 사용을 통해 이산화탄소와 산소로부터 일산화탄소 가스를 제조하도록 구성된다. 물은 제1 공정 챔버 내로 도입될 수 있고(320), 적어도 일부의 물은 적어도 하나의 제1 플라즈마 토치의 작동을 통해 수소 가스로 변환될 수 있다. 제1 공정 챔버는 당해 챔버에서 제조된 수소 가스를 방출할 수 있다(330). 이산화탄소 가스는 과잉 산소의 첨가와 함께 제2 챔버 내로 도입될 수 있고(340), 적어도 일부의 이산화탄소 가스는 적어도 하나의 제2 플라즈마 토치의 작동을 통해 일산화탄소 가스로 변환될 수 있다. 제2 공정 챔버는 당해 챔버에서 제조된 일산화탄소 가스를 방출할 수 있다(350).
합성가스 제조를 위해 단독으로 구성된 병렬 처리식 합성가스 시스템에서, 수소 가스와 일산화탄소 가스를 합성가스 혼합물을 형성하도록 필요한 비로 결합될 수 있다(355a). 일부 예에서, 병렬 처리식 합성가스 시스템은 합성가스를 하나 이상의 용기 내에서 저장하기 위해 저장 시설을 포함할 수 있다. 대안적으로, 합성가스는 제품으로의 변환을 위한 추가 시설로의 출하를 위해 하나 이상의 용기에 배치될 수 있다.
병렬 처리식 합성가스 시스템의 또 다른 실시예에서, 시스템은 연료의 제조를 위해 구성될 수 있다. 이러한 시스템은 연료를 제조하도록 반응 시스템 내에서 수소 가스와 일산화탄소 가스를 반응시키는 공정(355b)을 포함할 수 있다. 이에 따라 제조되는 연료의 유형은 연료 제조에 사용되는 반응 시스템의 유형 뿐만 아니라, 수소 가스와 일산화탄소 가스의 비에 의존할 수 있다.
상기된 바와 같이, 다수의 시스템 구성요소들은 시스템 공정 제어기와 같은 하나 이상의 제어 장치를 통해 모니터 및/또는 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 2개의 병렬 공정 챔버 각각은 개별 제어기에 의해 제어될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이들 공정 챔버 모두는 동일한 제어기에 의해 제어될 수 있다. 제어기는 온도 센서, 압력 센서 및 가스 조성 센서를 비제한적으로 포함하는 다수의 센서 장치들 중 임의의 것으로부터의 입력 데이터를 가질 수 있다. 제어기는 또한 임의의 수의 액튜에이터 및/또는 밸브에 출력 제어 신호를 제공하여, 기계적 구성요소들의 위치를 포함하는, 이들의 활성화를 제어할 수 있다. 제어기는 액튜에이터 및/또는 밸브로부터의 피드백 신호를 추가로 수신할 수 있으며, 상기 신호는 이들의 상태 또는 기계적 배치를 지시한다. 하나 이상의 열 회수 증기 발생기는 개별 제어기에 의해 또는 메인 또는 중앙 시스템 제어기에 의해 제어될 수 있다.
하나 이상의 제어기는 하나 이상의 선택적인 유형(有形)의, 컴퓨터-판독가능한 기억 장치 및 시스템 버스와의 인터페이스를 제공할 수 있다. 이들 기억 장치는, 예를 들어, 외부 또는 내부 DVD 또는 CD ROM 드라이브, 하드 드라이브, 플래시 메모리, USB 드라이브 등을 포함할 수 있다. 추가로, 기억 장치는 임의의 소프트웨어 모듈 또는 명령어, 보조 데이터를 저장하기 위한 개별 파일, 결과 또는 보조 데이터 그룹을 저장하기 위한 범용 파일, 또는 상기에 개시된 바와 같은 결과 정보, 보조 데이터 및 관련 정보를 저장하기 위한 하나 이상의 데이터베이스를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기에 개시된 바와 같은 방법 및 시스템 중 어느 것을 수행하기 위한 프로그램 명령어, 소프트웨어 또는 대화형 모듈은 ROM 및/또는 RAM에 저장될 수 있다. 임의로, 프로그램 명령어는 유형의 컴퓨터 판독가능 매체, 예를 들어, 콤팩트 디스크, 디지털 디스크, 플래시 메모리, 메모리 카드, USB 드라이브, 광학 디스크 저장 매체 및/또는 다른 기록 매체 상에 저장될 수 있다.
하나 이상의 선택적인 디스플레이 인터페이스는 버스로부터의 정보가 청각적, 시각적, 그래픽 또는 영숫자 형태로 하나 이상의 디스플레이 장치 상에 표시되도록 할 수 있다. 상기 정보는 진행 중인 연료 제조 공정 및 관련 작업에 관한 정보를 포함할 수 있다. 외부 장치와의 접속은 다양한 접속 포트를 사용하여 이루어질 수 있다. 예시적인 접속 포트는 통신망, 예를 들어, 인터넷 또는 근거리 통신망에 부착될 수 있다.
제어기 하드웨어는 또한 사람의 통신 입력 장치, 예를 들어 키보드 또는 다른 입력 장치, 예를 들어 마우스, 조이스틱, 터치 스크린, 리모콘, 포인팅 디바이스, 비디오 입력 장치 및/또는 오디오 입력 장치로부터 데이터 수신을 허용할 수 있는 인터페이스를 포함할 수 있다.
F-T 촉매에 의해 제조되는 다양한 연료 물질 외에도, 주요 공정 챔버에 의해 직접적으로 제조되는 수소 가스는 또한 양성자 교환 박막형 또는 양성자 세라믹형 연료 전지에 사용하기 위한 연료로서 저장될 수 있다.
본 발명은 본원에 기재된 특정 실시예의 사항들에 제한되지 않으며, 상기 실시예는 다양한 양상의 예시로서 의도된다. 상기 기술분야의 숙련가에게 명백한 바와 같이, 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 많은 변형 및 변화가 이루어질 수 있다. 본 발명에 열거된 것들 외에도, 본 발명의 범위 내의 기능적으로 동등한 방법 및 장치가 상기 기재 내용으로부터 상기 기술분야의 숙련가에게 명백할 것이다. 이러한 변형 및 변화는 첨부된 특허청구범위의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다. 본 발명은 이러한 특허청구범위가 속하는 전체 범위의 등가물들과 함께, 첨부된 특허청구범위의 사항들에 의해서만 제한된다. 본 발명은 특정 방법, 시약, 화합물 또는 조성물에 제한되지 않으며, 이들은 당연히 가변적일 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한 본 발명에서 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 목적을 가지며, 제한하려는 의도가 아니라는 것도 이해해야 한다.
본 발명에서 실질적으로 모든 복수 및/또는 단수 형태의 용어의 사용과 관련하여, 상기 기술분야의 숙련가는 문맥 및/또는 용례에 적합하게 복수를 단수로 그리고/또는 단수를 복수로 해석할 수 있다. 명료함을 위해 본 발명에서 다수의 단수/복수 치환이 명백하게 개진될 수 있다. 일반적으로, 본 발명에서, 그리고 특히 첨부된 특허청구범위(예를 들면, 첨부된 특허청구범위의 주부)에서 사용된 용어는 일반적으로 "포괄적" 용어로서 의도된다는 것이 상기 기술분야의 숙련가에 의해 이해될 것이다(예를 들어, 용어 "포함하는"은 "포함하지만 이에 제한되지 않는"으로 해석되어야 하고, 용어 "갖는"은 "적어도 갖는"으로 해석되어야 하며, 용어 "포함한다"는 "포함하지만 이에 제한되지 않는다"로 해석되어야 하는 등이다). 다양한 조성물, 방법 및 장치가 다양한 요소들 또는 단계들을 "포함하는"("포함하지만 이에 제한되지 않는"의 의미로 해석됨) 것으로 기재되더라도, 상기 조성물, 방법 및 장치는 다양한 요소들 및 단계들로 "필수적으로 이루어진" 또는 "이루어진" 것일 수도 있으며, 이러한 용어는 본질적으로 제한된 구성원의 그룹을 정의하는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 도입된 청구항의 기재에서 특정 수가 의도되는 경우, 이러한 의도는 청구항에서 명확하게 언급되며, 이러한 기재의 부재시에는 이러한 의도가 존재하지 않는 것으로 당업자들에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 이해를 돕기 위한 것으로서, 아래에 첨부된 청구항들은 청구항의 기재를 개시하기 위해 서두 구절 "적어도 하나의" 및 "하나 이상의"라는 용어의 사용을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 구절의 사용은 부정관사 "a" 또는 "an"에 의한 청구항 기재의 도입이 이러한 도입된 청구항 기재를 포함하는 임의의 특정 청구항을 이러한 기재를 단지 하나만 함유하는 실시예들로 제한하는 것을 의미하는 것으로서 이해되어서는 안되며, 이는 동일한 청구항이 서두 구절 "하나 이상의" 또는 "적어도 하나의" 및 "단수 표현"을 포함할 때에도 해당되며(예를 들어, "단수 표현"은 "적어도 하나의" 또는 "하나 이상의"를 의미하는 것으로 이해되야 한다); 청구항 기재들을 도입하기 위해 사용되는 정관사의 사용에 대해서도 동일하다. 추가로, 도입된 청구항 기재의 특정 수가 명확하게 언급된 경우에도, 이러한 기재는 언급된 수 이상을 의미하는 것으로 이해되어야 함을 상기 기술분야의 숙련가는 인지할 것이다(예를 들어, 다른 수식어 없이, "2개의 기재들"이란 간단한 언급은 적어도 2개의 기재 또는 2개 이상의 기재를 의미한다). 또한, "A, B 및 C 중 적어도 하나 등"과 유사한 관례어가 사용되는 경우, 일반적으로 이러한 구성은 상기 기술분야의 숙련가가 이해하는 해당 관례어의 의미로서 의도된다(예를 들어, "A, B 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A와 B, A와 C, B와 C, 및/또는 A, B 및 C 등을 갖는 시스템을 포함하지만 이에 제한되지 않는다). 또한, 발명의 설명, 특허청구범위 또는 도면을 막론하고, 2개 이상의 택일적 사항을 나타내는 사실상 모든 선언적 단어 및/또는 문구는 상기 사항들 중 하나, 상기 사항들 중 어느 것, 또는 상기 사항들 둘 모두를 포함할 가능성을 고려하는 것으로 이해되어야 한다는 것을 당업자라면 이해할 것이다. 예를 들어, 문구 "A 또는 B"는 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
상기 기술분야의 숙련가에 의해 이해되는 바와 같이, 서면 설명의 제공과 같은 임의의 그리고 모든 목적들을 위해, 본 발명에 기재된 모든 범위는 임의의 그리고 모든 가능한 하위 범위들 및 이의 하위 범위들의 조합을 포함한다. 또한 상기 기술분야의 숙련가에 의해 이해되는 바와 같이, "최대", "적어도" 등과 같은 모든 언어는 언급된 수를 포함하며, 위에 논의된 바와 같이 하위 범위들로 후속적으로 분리될 수 있는 범위와 관련된다. 마지막으로, 상기 기술분야의 숙련가에 의해 이해되는 바와 같이, 소정의 범위는 각각의 개별 구성원을 포함한다.
전술된 내용으로부터, 본 발명의 다양한 실시예는 예시의 목적으로 기재되었다는 것과, 본 발명의 범위 및 취지로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 다양한 실시예는 제한적이지 않으며, 진정한 범위 및 취지는 하기 특허청구범위에 의해 적시된다.

Claims (11)

  1. 시스템으로서,
    물 유입구를 통해 물 공급원과 작동 가능하게 소통(operable communication)되는 제1 주요 공정 챔버로서,
    적어도 하나의 제1 플라즈마 토치,
    상기 적어도 하나의 제1 플라즈마 토치 내로 도입되는 제1 이온화 작업 가스의 제1 공급원,
    제1 산소 가스 배출구,
    수소 가스 배출구, 및
    수증기 배출구를 포함하는, 상기 제1 주요 공정 챔버;
    이산화탄소 유입구를 통해 이산화탄소 공급원과, 상기 제1 산소 배출구를 통해 산소와 작동 가능하게 소통하는 제2 주요 공정 챔버로서,
    적어도 하나의 제2 플라즈마 토치,
    상기 적어도 하나의 제2 플라즈마 토치 내로 도입되는 제2 이온화 작업 가스의 제2 공급원,
    제2 산소 가스 배출구,
    일산화탄소 가스 배출구, 및
    이산화탄소 가스 배출구를 포함하는, 상기 제2 주요 공정 챔버; 및
    상기 수소 가스 배출구 및 상기 이산화탄소 가스 배출구와 유체 소통(fluid communication)하는 혼합 구성요소를 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 혼합 구성요소의 배출구와 유체 소통하는 반응 시스템을 추가로 포함하는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수소 가스 배출구 및 상기 이산화탄소 가스 배출구 중 하나 이상과 유체 소통하고 전력을 생산하도록 구성되는, 적어도 하나의 열 회수 증기 발생기를 추가로 포함하는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 일산화탄소 가스 배출구와 유체 소통하는 일산화탄소 가스 분리기를 추가로 포함하는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수소 가스 배출구와 유체 소통하는 수소 가스 분리기를 추가로 포함하는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 산소 가스 배출구 및 상기 제2 산소 가스 배출구 중 하나 이상과 유체 소통하는 산소 가스 분리기를 추가로 포함하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 주요 공정 챔버, 상기 제2 주요 공정 챔버, 상기 혼합 구성요소 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상의 구성요소의 작동을 제어하도록 구성되는 제어기를 추가로 포함하는, 시스템.
  8. 합성가스를 합성하는 방법으로서,
    합성가스의 합성을 위한 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 시스템은,
    제1 주요 공정 챔버로서,
    적어도 하나의 제1 플라즈마 토치,
    상기 적어도 하나의 제1 플라즈마 토치 내로 도입되는 제1 이온화 작업 가스의 제1 공급원,
    제1 산소 배출구,
    수소 가스 배출구, 및
    수증기 배출구를 포함하는, 상기 제1 주요 공정 챔버,
    제2 주요 공정 챔버로서,
    적어도 하나의 제2 플라즈마 토치,
    상기 적어도 하나의 제2 플라즈마 토치 내로 도입되는 제2 이온화 작업 가스의 제2 공급원,
    제2 산소 배출구,
    일산화탄소 가스 배출구, 및
    이산화탄소 가스 배출구를 포함하고, 상기 제1 산소 배출구를 통해 산소 공급원과 작동 가능하게 소통하는, 상기 제2 주요 공정 챔버, 및
    상기 수소 가스 배출구 및 상기 이산화탄소 가스 배출구와 유체 소통하는 혼합 구성요소를 포함하는, 상기 시스템을 제공하는 단계;
    물 공급원으로부터 상기 제1 주요 공정 챔버 내로 물을 도입하는 단계;
    상기 제1 공정 챔버가 상기 수소 가스 배출구로부터 수소 가스를 방출하게 하는 단계;
    이산화탄소 공급원으로부터 상기 제2 주요 공정 챔버 내로 이산화탄소 가스를 도입하는 단계;
    상기 제2 공정 챔버가 상기 일산화탄소 가스 배출구로부터 일산화탄소 가스를 방출하게 하는 단계; 및
    합성가스를 제조하도록 상기 혼합 구성요소에 의해 상기 수소 가스와 상기 일산화탄소 가스를 결합하는 단계를 포함하는, 합성가스 합성 방법.
  9. 연료를 합성하는 방법으로서,
    합성가스의 합성을 위한 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 시스템은,
    제1 주요 공정 챔버로서,
    적어도 하나의 제1 플라즈마 토치,
    상기 적어도 하나의 제1 플라즈마 토치 내로 도입되는 제1 이온화 작업 가스의 제1 공급원,
    제1 산소 배출구,
    수소 가스 배출구, 및
    수증기 배출구를 포함하는, 상기 제1 주요 공정 챔버,
    제2 주요 공정 챔버로서,
    적어도 하나의 제2 플라즈마 토치,
    상기 적어도 하나의 제2 플라즈마 토치 내로 도입되는 제2 이온화 작업 가스의 제2 공급원,
    제2 산소 배출구,
    일산화탄소 가스 배출구, 및
    이산화탄소 가스 배출구를 포함하고, 상기 제1 산소 배출구를 통해 산소 공급원과 작동 가능하게 소통하는, 제2 주요 공정 챔버, 및
    상기 수소 가스 배출구 및 상기 이산화탄소 가스 배출구와 유체 소통하는 혼합 구성요소를 포함하는, 상기 시스템을 제공하는 단계;
    물 공급원으로부터 상기 제1 주요 공정 챔버 내로 물을 도입하는 단계;
    상기 제1 공정 챔버가 상기 수소 가스 배출구로부터 수소 가스를 방출하게 하는 단계;
    이산화탄소 공급원으로부터 상기 제2 주요 공정 챔버 내로 이산화탄소 가스를 도입하는 단계;
    상기 제2 공정 챔버가 상기 일산화탄소 가스 배출구로부터 일산화탄소 가스를 방출하게 하는 단계; 및
    연료를 제조하도록 반응 시스템 내에서 상기 수소 가스와 상기 일산화탄소 가스를 반응시키는 단계를 포함하는, 연료 합성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반응 시스템은 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응 시스템인, 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 연료는 디젤 연료, JP-8 연료, 제트 연료, 나프타, 및 합성 파라핀계 케로센 중 하나 이상인, 방법.
KR1020157028141A 2013-03-12 2014-03-12 병렬 처리되는 합성가스로부터 연료를 제조하기 위한 시스템 및 방법 KR101635439B1 (ko)

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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2893325A4 (en) 2012-09-05 2016-05-18 Powerdyne Inc FUEL PRODUCTION USING PROCESSES FOR USING HIGH VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
WO2016107868A1 (en) * 2014-12-30 2016-07-07 Gunnar Sanner Thermal reactor
EP3931146B1 (en) * 2019-02-26 2024-04-03 Maat Energy Company Device and method for improving specific energy requirement of plasma pyrolyzing or reforming systems
AT522537A1 (de) * 2019-04-24 2020-11-15 Gs Gruber Schmidt Gmbh Dissoziation von Kohlendioxid und Wasserdampf mit Hilfe von Plasma und Elektronenanregung zur Erzeugung eines synthetischen Gases

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030065042A1 (en) * 2001-10-01 2003-04-03 Shaw John M. Methanol production process
US20030209174A1 (en) * 2002-05-08 2003-11-13 Chan Benjamin Chun Pong Hazardous waste treatment method and apparatus
US7070634B1 (en) * 2003-11-03 2006-07-04 Wang Chi S Plasma reformer for hydrogen production from water and fuel

Family Cites Families (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5136137A (en) 1987-05-04 1992-08-04 Retech, Inc. Apparatus for high temperature disposal of hazardous waste materials
US4770109A (en) 1987-05-04 1988-09-13 Retech, Inc. Apparatus and method for high temperature disposal of hazardous waste materials
US5138959A (en) 1988-09-15 1992-08-18 Prabhakar Kulkarni Method for treatment of hazardous waste in absence of oxygen
US5319176A (en) 1991-01-24 1994-06-07 Ritchie G. Studer Plasma arc decomposition of hazardous wastes into vitrified solids and non-hazardous gasses
US5725616A (en) 1991-12-12 1998-03-10 Kvaerner Engineering A.S. Method for combustion of hydrocarbons
US5611947A (en) 1994-09-07 1997-03-18 Alliant Techsystems, Inc. Induction steam plasma torch for generating a steam plasma for treating a feed slurry
US6018471A (en) 1995-02-02 2000-01-25 Integrated Environmental Technologies Methods and apparatus for treating waste
US6187226B1 (en) * 1995-03-14 2001-02-13 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Thermal device and method for production of carbon monoxide and hydrogen by thermal dissociation of hydrocarbon gases
US5673635A (en) 1995-06-12 1997-10-07 L.E. Maxwitat Process for the recycling of organic wastes
US6602920B2 (en) 1998-11-25 2003-08-05 The Texas A&M University System Method for converting natural gas to liquid hydrocarbons
EP1038942A1 (en) 1999-03-24 2000-09-27 Abb Research Ltd. Fuel synthesis process by dielectric barrier discharge of a gaseous composition, fuel thus obtained and apparatus therefore
CA2379892A1 (en) 1999-07-29 2001-02-08 David Systems & Technology S.L. Plasma converter of fossil fuels into hydrogen-rich gas
US6372156B1 (en) 1999-08-19 2002-04-16 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Methods of chemically converting first materials to second materials utilizing hybrid-plasma systems
US6289851B1 (en) 2000-10-18 2001-09-18 Institute Of Gas Technology Compact low-nox high-efficiency heating apparatus
JP4756739B2 (ja) 2000-12-28 2011-08-24 株式会社筑波バイオテック研究所 溶存性有機物や微量有害物質を含む水の浄化装置
ATE350334T1 (de) 2001-06-26 2007-01-15 H2 Tec Ag Verfahren und vorrichtung zur herstellung von wasserstoff
US6976362B2 (en) 2001-09-25 2005-12-20 Rentech, Inc. Integrated Fischer-Tropsch and power production plant with low CO2 emissions
US6505567B1 (en) 2001-11-26 2003-01-14 Alstom (Switzerland) Ltd Oxygen fired circulating fluidized bed steam generator
CA2424805C (en) 2003-04-04 2009-05-26 Pyrogenesis Inc. Two-stage plasma process for converting waste into fuel gas and apparatus therefor
EP1628909A2 (en) 2003-04-15 2006-03-01 Blacklight Power, Inc. Plasma reactor and process for producing lower-energy hydrogen species
US7279655B2 (en) 2003-06-11 2007-10-09 Plasmet Corporation Inductively coupled plasma/partial oxidation reformation of carbonaceous compounds to produce fuel for energy production
EP1765745A4 (en) 2003-06-30 2009-06-03 Bar Gadda Llc DISSOCIATION OF MOLECULAR WATER TO MOLECULAR HYDROGEN
US7384619B2 (en) 2003-06-30 2008-06-10 Bar-Gadda, Llc Method for generating hydrogen from water or steam in a plasma
US7452392B2 (en) 2003-11-29 2008-11-18 Nick Peter A Process for pyrolytic heat recovery enhanced with gasification of organic material
US7216484B2 (en) 2005-03-11 2007-05-15 Villalobos Victor M Arc-hydrolysis steam generator apparatus and method
US20080202028A1 (en) 2005-06-03 2008-08-28 Plasco Energy Group Inc. System For the Conversion of Carbonaceous Fbedstocks to a Gas of a Specified Composition
US20080222956A1 (en) 2005-06-03 2008-09-18 Plasco Energy Group Inc. System for the Conversion of Coal to a Gas of Specified Composition
US20070017228A1 (en) 2005-07-06 2007-01-25 Integrated Environmental Technologies, Llc Method for enhancing the efficient operation of electrical power plants and energy storage
CN1810938A (zh) 2005-08-24 2006-08-02 周开根 一种用水和油合成燃气的方法及其燃烧器
FR2892127B1 (fr) 2005-10-14 2012-10-19 Commissariat Energie Atomique Dispositif de gazeification de la biomasse et de dechets organiques sous haute temperature et avec apport d'energie exterieure pour la generation d'un gaz de synthese de haute qualite
US7736400B2 (en) 2006-02-14 2010-06-15 Gas Technology Institute Plasma assisted conversion of carbonaceous materials into a gas
WO2008008104A2 (en) 2006-04-05 2008-01-17 Foret Plasma Labs, Llc System, method and apparatus for treating liquids with wave energy from plasma
NZ573217A (en) 2006-05-05 2011-11-25 Plascoenergy Ip Holdings S L Bilbao Schaffhausen Branch A facility for conversion of carbonaceous feedstock into a reformulated syngas containing CO and H2
BRPI0711330A2 (pt) 2006-05-05 2013-01-08 Plascoenergy Group Inc sistema de reformulaÇço de gÁs usando aquecimento por tocha de plasma
MX2008014186A (es) 2006-05-05 2009-02-25 Plascoenergy Ip Holdings Slb Sistema de control para la conversion de materias primas carbonaceas a gas.
DE102006035893A1 (de) 2006-07-31 2008-02-07 Wolf, Bodo M., Dr. Verfahren zur Wiederaufarbeitung von Verbrennungsprodukten fossiler Brennstoffe
FR2904830B1 (fr) 2006-08-08 2012-10-19 Inst Francais Du Petrole Procede de production de gaz de synthese avec oxydation partielle et vaporeformage
US7833296B2 (en) 2006-10-02 2010-11-16 Clark Steve L Reduced-emission gasification and oxidation of hydrocarbon materials for power generation
US20080083701A1 (en) 2006-10-04 2008-04-10 Mks Instruments, Inc. Oxygen conditioning of plasma vessels
US20080223047A1 (en) 2006-10-19 2008-09-18 Troy Lee Oliver Xplogen TM: a system, method, and apparatus for generating energy from a series of dissociation reactions
US20110158858A1 (en) 2007-04-18 2011-06-30 Alves Ramalho Gomes Mario Luis Waste to liquid hydrocarbon refinery system
AU2008247280A1 (en) * 2007-05-04 2008-11-13 Principle Energy Solutions, Inc. Production of hydrocarbons from carbon and hydrogen sources
US8268094B2 (en) 2007-05-09 2012-09-18 Air Products And Chemicals, Inc. Furnace atmosphere activation method and apparatus
TW200848151A (en) 2007-05-11 2008-12-16 Plasco Energy Group Inc A gas reformulation system comprising means to optimise the effectiveness of gas conversion
CA2692746C (en) * 2007-07-06 2014-09-23 Evaco, Llc. Carbon free dissociation of water and production of hydrogen related_power
US20090133407A1 (en) 2007-11-28 2009-05-28 Nrg Energy, Inc. Plasma gasification system
GB0811631D0 (en) 2008-06-25 2008-07-30 Horizon Ventures Ltd Processing of waste
US20100229522A1 (en) 2009-03-16 2010-09-16 Jim Kingzett Plasma-Assisted E-Waste Conversion Techniques
US20110067376A1 (en) 2009-03-16 2011-03-24 Geovada, Llc Plasma-based waste-to-energy techniques
WO2011091327A1 (en) 2010-01-21 2011-07-28 Usa Green Energy Group, Llc Generating steam from carbonaceous material
EP2526339A4 (en) 2010-01-21 2015-03-11 Powerdyne Inc PRODUCTION OF STEAM FROM A CARBON SUBSTANCE
US8318997B2 (en) 2010-02-13 2012-11-27 Mcalister Technologies, Llc Carbon-based durable goods and renewable fuel from biomass waste dissociation
WO2011106895A1 (en) 2010-03-01 2011-09-09 Plasco Energy Group Inc. Carbon conversion system with integrated processing zones
US8497108B2 (en) 2010-07-01 2013-07-30 Aarna Scientific Trust Diesel fuel additive
US9551277B2 (en) 2010-09-24 2017-01-24 Plasma Tech Holdings, Llc Renewable combined cycle low turbine boost
EP2638130B1 (en) 2010-11-10 2018-06-06 Air Products and Chemicals, Inc. Method for forming a syngas stream
CN103249812A (zh) 2010-12-08 2013-08-14 丰田自动车株式会社 燃料制造系统
BR112013029599A2 (pt) 2011-05-16 2019-09-24 Powerdyne Inc sistema de produção de vapor e método
WO2012177666A1 (en) 2011-06-21 2012-12-27 Staton Vernon Eric Apparatus and method for hydrocarbon pyrolysis

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030065042A1 (en) * 2001-10-01 2003-04-03 Shaw John M. Methanol production process
US20030209174A1 (en) * 2002-05-08 2003-11-13 Chan Benjamin Chun Pong Hazardous waste treatment method and apparatus
US7070634B1 (en) * 2003-11-03 2006-07-04 Wang Chi S Plasma reformer for hydrogen production from water and fuel

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